Molekulare Analyse der LRR-Rezeptorprotein-vermittelten Immunsignaltransduktion

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Nürnberger
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 338295721

Leuzinreiche Sequenzwiederholungen (LRR) tragende Immunrezeptoren (PRR) vermitteln die Erkennung von mikrobiellen Protein- bzw. Peptidmustern. Diese Rezeptoren existieren als Rezeptorkinasen (LRR-RK) mit cytosolischer Kinasedomäne oder als LRR-Proteine (LRR-RP) ohne intrazelluläre Domäne. Es ist kürzlich postuliert worden, dass LRR-RP/SOBIR1 heterodimere Komplexe (SOBIR1 ist eine LRR-RK) funktionell äquivalent zu LRR-RK-typischen PRR sind und quasi zweigeteilte LRR-RK repräsentieren. Eine somit implizierte Identität der ausgelösten Immunsignaltransduktionswege ist bisher jedoch nicht gezeigt worden. Unsere kürzlichen Arbeiten haben gezeigt, dass diese Hypothese so nicht zutrifft und dass es angezeigt ist, eine umfangreiche und vergleichende Analyse der Signaltransduktionsereignisse und der induzierten Abwehrantworten, die durch beide Rezeptortypen vermittelt werden, in Arabidopsis thaliana vorzunehmen. So sind zum Beispiel wesentliche Unterschiede in der durch die Rezeptoren FLS2 (eine LRR-RK) und RLP23 (ein LRR-RP) ausgelösten zellulären Reaktionen beobachtet worden. So ist die Rezeptor-assoziierte cytoplasmatische Proteinkinase BIK1 ein positiver Regulator der durch Flagellin (flg22)/FLS2 ausgelösten Immunantworten während dasselbe Protein einen negativen regulatorischen Einfluss auf durch Nekrosen und Ethylenstimulierende Proteine (NLP/nlp20) ausgelöste und durch den Rezeptor RLP23 vermittelte Zellantworten hat. Zudem unterscheidet sich der durch beide Rezeptortypen ausgelöste oxidative burst in Timing und Amplitude. Desweiteren induziert nlp20, nicht aber flg22 Camalexinbiosynthese in Arabidopsis. Aufgrund dieser Ergebnisse wollen wir jetzt einen systematischen Vergleich der durch je zwei Vertreter beider Rezeptortypen (FLS2, EFR/RLP23, RLP42) vermittelten Immunsignaltransduktion bzw. der Immunantworten in Arabidopsis vornehmen. So werden Unterschiede und Gemeinsamkeiten von zellulären Reaktionen erfasst, die durch verschiedene Rezeptortypen aber auch durch Proteine ein und desselben Rezeptortyps ausgelöst werden. Zudem soll durch domain swap-Experimente geklärt werden, inwiefern der Austausch der Kinasedomänen von FLS2 und SOBIR1 zu ligandenspezifisch veränderten zellulären Reaktionen (flg22 löst z.B. nlp20-typische Reaktionen durch FLS2:PK-SOBIR1 aus) führt. Wäre dies so, würde dies eine strikt modulare Funktionsweise der Rezeptoren belegen. Weiterhin wollen wir die molekulare Basis der negativen Regulation nlp20/RLP23-vermittelter Immunreaktionen durch BIK1 analysieren. Hier soll untersucht werden, ob dafür die Kinaseaktivität von BIK1 erforderlich ist, ob BIK1 mit SOBIR1 assoziiert, ob und wie typische BIK1-Substrate wie RbohD von BIK1 phosphoryliert werden, ob und wie BIK1 selbst in nlp20-spezifischer Weise phosphoryliert wird und ob in einem ungerichteten Co-Immunopräzipitationsexperiment noch unbekannte Interaktionspartner identifiziert werden können, deren Aktivität die negativ regulatorische Funktion von BIK1 erklären könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen